一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及低压低功耗无线传感器局域网络、无线电遥控和测量系统，以及低压低功耗测量传感器技术，尤其涉及一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器。
【背景技术】
[0002]目前，液位测量大都采用超声波原理进行设计和实现，但是所有传感器均采用标准24伏或4?20毫安供电方式或由工业作业电压转换至超声传感器所需电压经行供电完成。按这种工作方式，无法完成无线传感器局域网络中的传感器无线布局和实现；本实用新型给出的低压低功耗超声波传感器采用3伏电池供电模式，配合太阳能极板充电，达到常年免维护供电和维持传感器工作。本实用新型涉及了一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，用于对液位距离进行校正计算，按照本实用新型自行开发的通讯传输协议，无线传输包中包含液位距离、环境温度、电池电压、报警数值、以及报警状态等参数。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，可以广泛用于无线传感器网络中用于采集测量液位高度，由于采用低压低功耗设计，可以和太阳能极板充电配合使用。
[0004]本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，其中，包括微处理器、双探头，微处理器通过切换模拟开关控制双探头的工作时序，并产生不同频率的超声波信号，超声波信号遇见反射界面后返回由共振响应芯片接收，并产生一个脉冲信号；还包括返回串行数据的数字温度芯片。
[0005]上述的低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，其中，所述微处理器与双探头之间设有功率推挽放大器。
[0006]本实用新型相对于现有技术具有如下有益效果:本实用新型提供的一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，内置低压低功耗无线传输模块和微处理器。采用两只超声波探头，交变产生超声波信号并获取液位反射超声波信号，通过返回时间计算液位距离。每秒采集一次温度数值，并对测量距离进行温度补偿。根据预置(或通过遥控设置)的报警界限，发出无线信号至无线传感器网络；其无线数据包中给出液位高度、环境温度、电池电压、报警界限、以及报警状态等参数。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型提供的一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器的结构示意图。
[0008]图2为本实用新型系统原理图。
[0009]图中:
[0010]I微处理器2共振响应芯片3模拟开关
[0011]4功率推挽放大器5反应界面6数字温度芯片
[0012]7双探头
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
[0014]本实用新型公开了一款无线信号传输的低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，内置低压低功耗无线传输模块和微处理器I。采用超声波双探头7，交变产生超声波信号并获取液位反射超声波信号，通过返回时间计算液位距离。每秒采集一次温度数值，并对测量距离进行温度补偿。根据预置(或通过遥控设置)的报警界限，发出无线信号至无线传感器网络；其无线数据包中给出液位高度、环境温度、电池电压、报警界限、以及报警状态等参数。
[0015]本实用新型提供了一款使用便捷安装、操作简单、安全可靠的无线数据传输的超声波传感器。
[0016]1、具有温度补偿的超声波传感器原理与设计。
[0017]超声波液位传感器利用超声波具有定向性和灵敏度高等特点，实现低压供电模式的液位传感器。本系统采用独特的无线数据采集和收发一体化设计。因为超声波对环境温度敏感，本系统采用温度补偿设计，通过数字温度芯片测量环境温度，根据温度速度曲线对测量距离进行自动校正。超声波传感器作用是测量液位高度，通过软件计算液体体积。
[0018]超声波发出后遇到反应界面5返回，其返回时间与距离反射界面的距离成正比，距离越近，返回时间就越短，反之亦然。
[0019]如果返回时间与微处理器I计数数值P成正比例，距离为D，则有如下关系:
[0020].D = aXP+b (I)
[0021]其中:a, b分别为校正系数，本发明中(其中一组系数)，& = 0.0022^ = -0.027，
根据超声波原理，超声波速度对环境温度具有敏感性，温度越低，传输速度减慢，反之亦然。如果假设环境温度为T，超声波速度为V，并假设常温20°C下，超声波速度为(345米/秒)则有:
[0022].V = 0.5615 X (T-100) +386 (2)
[0023].V = V/345 (3)
[0024]经过温度补偿后的距离d为:
[0025].d = aX (V/345) XP+b (4)
[0026].d = aX ([0.5615X (T-100)+386]/345) XP+b
[0027](5)
[0028]根据公式(5)，本实用新型的所述超声波传感器只需要测量温度T和脉冲P，即可或取液位(或反应界面)距离。
[0029]温度测量原理
[0030]本实用新型采用单一总线数字温度芯片6DS18S20作为温度测量芯片，它提供9-bit摄氏温度测量(详见该产品说明书)。由于该芯片只需单一总线，即可获取串行温度转换数据。工作温度范围为_55°C +125°C，精度为±0.5°C。[0031 ] 2、双超声波探头的设计
[0032]为获取更精确的测量距离，减少噪声干扰和三角误差，本实用新型设计了双探头7协同工作，当超声波探头交替发出不同频率的超声波时，通过不同的共振频率，驱动芯片产生响应脉冲，从而进入中断服务子程序处理计数脉冲，进而获取发射界面距离。
[0033]超声波工作原理图如附图1所示:
[0034]微处理器I通过切换模拟开关3控制双探头7的工作时序，并产生不同频率的超声波信号，该信号遇见反应界面5后返回由共振响应芯片2接收，并产生一个脉冲信号，该信号由微处理中断O处理程序响应，给出计数脉冲；同时微处理器I通过中断I控制并响应数字温度芯片6返回的串行数据，计算环境温度，从而对脉冲计数进行校正，计算出物位距离；并通过数据包格式无线发出所测信息，其中还包括供电电池电压，以及报警界限和报警状态。
[0035]微处理器I通过中断0，和中断1，分别用于处理超声波返回脉冲和温度串行数据脉冲，当超声波计数中断信号处理完成后，马上给出温度控制信号，当或取这两个参数后，微处理器I重构数据包，并通过内置无线芯片发出无线信号。
[0036]虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
【主权项】
1.一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，其特征在于:包括微处理器、双探头，微处理器通过切换模拟开关控制双探头的工作时序，并产生不同频率的超声波信号，超声波信号遇见反射界面后返回由共振响应芯片接收，并产生一个脉冲信号；还包括返回串行数据的数字温度芯片。2.如权利要求1所述的低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，其特征在于:所述微处理器与双探头之间设有功率推挽放大器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，其中，包括微处理器、双探头，微处理器通过切换模拟开关控制双探头的工作时序，并产生不同频率的超声波信号，超声波信号遇见反射界面后返回由共振响应芯片接收，并产生一个脉冲信号；还包括返回串行数据的数字温度芯片。本实用新型提供的一种低压低功耗双探头温度补偿型超声波物位传感器，可以广泛用于无线传感器网络中用于采集测量液位高度，由于采用低压低功耗设计，可以和太阳能极板充电配合使用。
【IPC分类】G01F23/296
【公开号】CN204881774
【申请号】CN201520355288
【发明人】杨建平
【申请人】志馨通信科技（上海）有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年5月28日